Broyeurs à boulets pour nouveaux matériaux : batteries au lithium, terres rares, catalyse, photovoltaïque et protection de l'environnement

Depuis son invention il y a plus d'un siècle, le broyeur à billes Le broyage à boulets est largement utilisé dans divers secteurs, notamment la chimie, l'exploitation minière, les matériaux de construction, l'énergie, la pharmacie et la défense. Le broyage à boulets est particulièrement utile pour le traitement de minéraux complexes. Les chercheurs l'utilisent également pour la modification et l'activation de la surface des poudres. Cette méthode est compatible avec la synthèse de poudres fonctionnelles et la mécano-alliage. Elle joue un rôle clé dans la préparation de poudres ultrafines. Le broyage à boulets mécanique offre un vaste potentiel de recherche et d'application dans ces domaines. broyeurs à boulets sont entrés dans les nouveaux domaines des matériaux pour les batteries au lithium, les terres rares, la catalyse, le photovoltaïque et la protection de l'environnement avec sa structure simple, son fonctionnement continu et sa forte adaptabilité.

Avantages et inconvénients du broyeur à boulets

Le broyeur à boulets présente une structure simple et un fonctionnement continu. Très adaptable et stable, il est adapté à une utilisation à grande échelle et facile à automatiser. Son rapport de concassage varie de 3 à 100 µm. Il peut traiter diverses matières premières minérales. Les utilisateurs peuvent utiliser des méthodes de broyage humide et sec.

Il est reconnu que les broyeurs à boulets consomment beaucoup d'énergie. Leur rendement de conversion énergétique en surface de poudre est faible. Le système gaspille la majeure partie de l'énergie au lieu de l'utiliser pour réduire la taille des particules. De plus, la capacité de production des broyeurs à boulets a un impact sur l'efficacité globale du processus. Il est donc essentiel d'optimiser le processus de broyage. Réduire la consommation d'énergie et améliorer l'efficacité sont nécessaires. Cela permettra d'améliorer le broyage des matières premières et d'augmenter le rendement du produit final.

Progrès de la recherche sur le broyage mécanique à billes dans le domaine des nouveaux matériaux

Matériaux des batteries au lithium

En utilisant broyeurs à boulets Pour les nouveaux matériaux - batteries au lithium, l'hydroxyde composite précurseur nickel-cobalt-manganèse Ni0,5Co0,2Mn0,39(OH)2 a été mélangé uniformément avec du carbonate de lithium. Le mélange a ensuite été calciné à haute température pour synthétiser du LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2 de forme irrégulière. La caractérisation a montré que le matériau a une structure NaFeO2 et une valeur de pH de 11,18. La capacité de décharge du premier cycle était de 167,5 mAh/g (à une densité de courant de 30 mA/g, 2,5-4,3 V). L'efficacité coulombienne était de 88,9%. Ces résultats suggèrent que le LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2 synthétisé par broyage à boulets a un pH faible et une capacité de décharge élevée.

Le matériau SiOx a été synthétisé par broyage mécanique à billes en atmosphère d'air. Les chercheurs l'ont utilisé comme matériau d'anode pour les batteries lithium-ion. La capacité volumétrique du SiOx atteint 1 487 mAh/cm³, soit plus du double de celle du graphite. Son premier rendement coulombien est supérieur à celui du SiO non traité, atteignant jusqu'à 66,81 TP3T. De plus, le SiOx présente une excellente stabilité aux cyclages. À une densité de courant de 200 mA/g, la capacité reste stable à environ 1 300 mAh/g après 50 cycles. Ces résultats suggèrent donc le potentiel pratique du SiOx préparé par cette méthode.

Le composite de broyage mécanique à billes à haute énergie, composé de graphite artificiel de biomasse et de silicium, permet d'améliorer efficacement la microstructure et les performances électrochimiques des matériaux d'anode en silicium. L'électrode composite conserve une capacité de décharge de 995 mAh/g après 100 cycles à un courant de décharge de 1 A/g, affichant de bonnes performances.

Matériaux de terres rares

Dans le cas des poudres de polissage à base de terres rares, le broyage mécanique à boulets augmente la force de cisaillement lors des réactions chimiques. Cela accélère la diffusion des particules et affine les réactifs et les produits. L'introduction de solvants est évitée, ce qui réduit le processus de précipitation. L'impact des conditions de préparation est ainsi réduit, élargissant considérablement le champ de recherche sur les matériaux de polissage. Pour les matériaux catalytiques à base de terres rares, les broyeurs mécaniques à boulets offrent un procédé simple et des conditions douces.
Il permet le traitement de matériaux à grande échelle tout en évitant l'utilisation de solvants importants, prévenant ainsi l'apparition de polluants toxiques. De plus, dans les aimants permanents à base de terres rares hautes performances, le broyage mécanique à billes abaisse la température de synthèse et améliore la densité théorique. Il offre ainsi un fort potentiel d'application et de percées technologiques de pointe.

En plus, broyeurs à boulets est appliqué dans la préparation de matériaux de stockage d'hydrogène à base de terres rares et de matériaux luminescents à base de terres rares.
En conclusion, le broyage mécanique à boulets est largement privilégié pour la préparation des terres rares. Il offre un rendement élevé, des procédés simples, des cycles de production courts et une industrialisation aisée.

Matériaux catalytiques

Pour modifier la taille des particules de TiO2 et améliorer ses performances photocatalytiques, les chercheurs ont utilisé des broyeurs à boulets à haute énergie sur de la poudre de TiO2.
Ils ont étudié l'impact du temps de broyage sur la morphologie, la structure cristalline, les spectres Raman, les spectres de fluorescence et les performances photocatalytiques des échantillons. Par conséquent, le taux de dégradation des échantillons de TiO2 broyés à boulets était supérieur à celui des échantillons non broyés. L'échantillon broyé pendant 4 heures a notamment montré le taux de dégradation le plus élevé, indiquant les meilleures performances photocatalytiques.

Matériaux photovoltaïques

Une méthode de broyage à boulets par réduction chimique et mécanique a été utilisée pour préparer de la poudre d'argent en paillettes brillantes. L'étude a examiné les effets de la méthode, du temps et de la vitesse de broyage sur les propriétés de la poudre. Les résultats montrent que le broyage à boulets par voie humide offre une meilleure efficacité de formation de paillettes.
Cependant, la poudre d'argent en paillettes préparée par broyage à sec à boulets présente une taille de paillettes plus grande et un aspect argenté plus brillant.

Matériaux à base de pérovskite

Des nanopoudres de pérovskite double sans plomb Cs2AgBiBr6 ont été préparées par broyage mécanique à billes. À mesure que le temps de broyage augmentait, les nanopoudres de Cs2AgBiBr6 atteignaient enfin une phase pure, la taille des particules diminuant progressivement jusqu'à environ 100 nm et passant de la forme de bâtonnets à celle de particules rondes.

Matériau d'adsorption

Français Les broyeurs à boulets ont activé des minéraux non métalliques tels que le calcaire, le kaolin et la serpentine, améliorant ainsi leur réactivité avec les composants nocifs tels que le cuivre, le plomb et l'arsenic présents dans l'eau. Cela a permis d'obtenir un nouveau procédé de purification de l'eau, efficace, simple et économique, permettant la précipitation sélective et la récupération des composants métalliques cibles. Nous avons préparé un matériau modifié par montmorillonite (BHTMt) présentant une excellente structure poreuse et de riches groupes fonctionnels par broyage à boulets à sec, améliorant ainsi ses limites d'application en adsorption de gaz. Après broyage à boulets, la surface spécifique du BTMt est passée de 20,6 m²/g à 186,4 m²/g, et la microporosité a atteint 47%. Le BTMt présente la meilleure performance d'adsorption pour le toluène (55,9 mg/g), soit six fois plus que celle du Mt d'origine.

Conclusion

Comparé à d'autres méthodes, le broyage à boulets réduit considérablement l'énergie d'activation lors des réactions chimiques. Il réduit la taille des particules de poudre et augmente leur activité. De plus, il améliore la distribution granulométrique et renforce les liaisons interfaciales. Il favorise également la diffusion ionique à l'état solide et induit des réactions chimiques à basse température.
Il améliore également la densité du matériau ainsi que ses propriétés optiques, électriques et thermiques. De plus, le broyage à boulets utilise un équipement simple et offre un contrôle aisé du procédé. Il se caractérise par un faible coût, une pollution minimale et une efficacité énergétique élevée. Il s'agit donc d'une technique prometteuse pour la production de matériaux à grande échelle.

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